内冷却低温加工新技术
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在MAG的低温加工系统中,温度为-196℃的液氮通过主轴、刀柄和刀体内部的管道流动,然后通过在切削刀片中用放电加工方式加工的出口,到达距剪切面不到1mm处。
在低温加工系统中,液态二氧化碳和液氮可以作为有效的冷却剂。以前的低温加工系统都是通过管道将超冷液体从外部引到刀具/工件界面处,为了在切削难加工材料时提高切削速度和延长刀具寿命,机床制造商MAG工业自动化系统公司开发了主轴内冷却低温加工新技术。
据MAG公司高级刀具工程师George Georgiou介绍,在MAG的低温加工系统中,温度为-196℃的液氮通过主轴、刀柄和刀体内部的管道流动,然后通过在切削刀片中用放电加工(EDM)方式加工的出口,到达距剪切面不到1mm处。Georgiou说,“低温冷却液对切削时产生的高温具有超强冷却能力,可以防止切削热传入刀具切削刃。”
他补充说,主轴内采用真空管道来绝热,刀柄和刀体(包括安装刀片的刀座)中的管道则采用了一种导热率极低的材料。到达切削点时,最初加注的液氮仍有近50%保持液态。在将切削热从刀具/工件界面处带走后,原来的液体变为气体(其中包含80%的氮气)散入周围的空气中。为了防止局部区域氮气浓度过高,使氧气含量减少,采用了多个传感器监测周围空气中的氮气含量,如果发现环境空气质量不安全,则会暂时关闭液氮流。
MAG公司估计,在低温铣削和镗削时,每个切削刃每分钟大约要消耗0.04升冷却剂;而在低温钻削和攻丝中,冷却剂的消耗量要少一些,因为加工时刀具被包围在工件内。
内冷却低温加工还可以与外部供液的最小量润滑(MQL)技术合并使用,以减小刀具的摩擦与粘附。这是因为,低温加工的目标是减小由切削热引起的刀具磨损,但并不能起到润滑作用,因此需要借助于MQL技术。MQL可以有效防止因刀具过热和软化而造成的磨损加快。
尽管这种低温加工技术仍然处于开发过程中,但据MAG公司介绍,应用该技术铣削蠕墨铸铁(CGI)时,可使硬质合金刀具的切削速度提高60%,使聚晶金刚石(PCD)刀具的切削速度提高3倍。该公司设计副总裁Doug Watts说,“通过外加MQL润滑,可使硬质合金刀具的切削速度提高到原来的3倍,但PCD刀具的切削速度在已提高3倍的基础上未见再提高。这些切削试验重点关注切削速度的提高,而刀具寿命则保持在与采用常规冷却液时相同的水平上。”
Georgiou指出,在使用MQL润滑时,PCD刀具的切削速度没有进一步提高的原因在于,与硬质合金相比,PCD这种超硬材料更不容易磨损,而且能更有效地传热。当以大约100m/min的切削速度加工有色金属材料时,切削热通常会使PCD分解为碳并失效。在低温加工中,金刚石在更高的切削速度下仍能保持其性能稳定。
除了蠕墨铸铁以外,MAG还对钛合金和不锈钢进行了低温加工试验。Georgiou说,“今后在航空制造业将会有大规模的资金投入。作为使用越来越多的航空材料,钛合金不仅切削性不好,而且传热性也很差,但我们用低温技术加工获得了非常不错的结果。”
MAG公司计划,在其机床上提供商品化低温加工主轴之前,将在IMTS展览会上展示这项技术,并向其合作伙伴和用户提供用于改造机床的低温加工旋转组件,使他们可以比较低温加工与常规加工系统的使用效果。
原载:《工具展望》
上载于:2011-11-8 13:25:28

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